Производство цветных металлов Алюминий

Министерство образования и науки Российской Федерации 
ФГБОУ ВПО “Сахалинский государственного университета” 
Технический нефтегазовый институт 
Кафедра нефтегазового дела 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат 

по “ Материаловедение”

на тему “ Производство цветных металлов Алюминий”

		Ф.И.О , группа	Дата сдачи	Подпись
Выполнил		Лященко Евгений  Валерьевич
Проверил	Новиков Денис   Геннадьевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Южно-Сахалинск 
2014 год

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Свойство Алюминия. 
    
   
2. Распространение в природе и цена. 
    
   
3. Производство и цена. 
    
   
4. Применение. 
    
   
5. Нахождение в природе. 
    
   
6. Способы производства (эффективные и экологические). 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Свойство Алюминия

Всего лишь около 200 лет назад был открыт алюминий, нашедший свое применение в различных сферах нашей жизни. Алюминий отличается легкостью, тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, технологичностью. Большие запасы этого металла, а также прекрасные физико-химические свойства делают его незаменимым в современных условиях. Чаще применяют алюминиевые сплавы, а в чистом виде он используется крайне редко.

Алюми́ний — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

2. Распространение в природе и цена.

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре по данным различных исследователей оценивается от 7,45 до 8,14 %.

3. Производство и цена.

Чаще всего алюминий производят из бокситов. 
Боксит (фр. bauxite) (по названию местности (Les Baux) на юге Франции) — алюминиевая руда, состоящая из гидроксидовалюминия, оксидов железа и кремния, сырьё для получения глинозёма и глинозёмосодержащих огнеупоров. Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии.

Более 90% мировых запасов этого минерала сосредоточено в странах тропического и субтропического пояса: Австралии, Гвинее, Ямайке, Суринаме, Бразилии, Индии.

График динамики цен LME на алюминий: (сейчас 1724.00 $/тонн)

• Добыча. 
  Горный процесс начинается с извлечения сырья из минеральных руд в карьерах.
• Обогащение сырья.  
  Обычным видом обогащения боксита является его мойка проточной водой, освобождающей боксит от примесей глины, песка и т. д. Процесс этот выполняется на месте добычи боксита, т. е. на руднике. 
• Дробление бокситов. 
  Разгрузка боксита осуществляется роторным вагоноопрокидывателем.  
  Выгруженный боксит попадает в приемные бункера, откуда пластинчатыми питателями тяжелого типа подается на молотковые дробилки крупного дробления – происходит дробление боксита.
• Производство полупродукта глинозема. 
  Бокситы содержат 40-60% глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют процесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.  
  Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем — оксид алюминия (Al2O3). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом — скорее, он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.
• Выпуск металлического алюминия.  
  Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем — оксид алюминия (Al2O3). 
  Плавильной печи для алюминия. 
  Добыча металла осуществляется в первичной плавильной печи для алюминия посредством электролиза расплавов чистого оксида, растворенного в расплавленном криолите при помощи процесса Hall-Heroult.

Автокла́в аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта.  
Фильтрация - способ очистки алюминатных растворов от соединений железа и других примесей, включающий фильтрование алюминатного раствора через слой железосодержащих частиц, устойчивых к воздействию щелочного алюминатного раствора, например частиц из нержавеющей стали.  
Декомпозёр (от франц. décomposer — растворять, дробить), аппарат для разложения алюминатных растворов в целях выделения кристаллической гидроокиси алюминия.  Печь кальцинации - гидроксид алюминия из отделения карбонизации цеха гидрохимии поступает в цех кальцинации и через приемный бункер ленточным конвейером, с помощью некового питателя по наклонной трубе подается в барабанную печь кальцинации . Которая работает по принципу противотока, то есть на встречу гидроокиси алюминия движутся дымовые газы, полученные от сжигания топлива.

Добыча алюминия в России.

В нашей стране также используются нефелиновые руды, месторождения которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской области. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции — кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент.

4. Применение.

• Применение в авиации. 
  Дюралюминий - сплав алюминия с медью и магнием, относится к основному конструкционному материалу в авиации. Применение этого материала способствует уменьшению собственной массы воздушного судна и улучшению его характеристик. В самолетостроении из высокопрочных алюминиевых сплавов изготавливают обшивку, киль, фюзеляж, крыло и др.
• Применение в электротехнике.  
  В электротехнической промышленности без алюминия и его сплавов не обойтись при производстве кабелей, конденсаторов, шинопроводов, выпрямителей переменного тока. 
  Алюминий используется не только как проводниковый материал для передачи электроэнергии на значительные расстояния. Не так давно, благодаря коррозионной стойкости и легкости, стали применять алюминиевые сплавы для опор линий электропередач.
• Применение в нефтяной, газовой и химической промышленности. 
  Здесь из сплавов алюминия изготавливают трубопроводы, емкости для хранения нефтепродуктов, работающие под давлением сосуды, узлы и детали нефтегазопромысловых изделий и другое специальное оборудование. Применение алюминиевых сплавов позволяет значительно уменьшить вес бурильного оборудования, упростить его транспортабельность и т.п. 
  Коррозионная стойкость сплавов на основе алюминия повышает эксплуатационную надежность бурильных, нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб. Основным конструкционным материалом для изготовления бурильных труб является дюралюминий Д16.  
  Воплотить интересные архитекторские задумки в жизнь помогают алюминиевые профили и листовой алюминий. Возведенные алюминиевые конструкции характеризуют легкость, коррозионная стойкость и прочность.
• Применение в судостроении.  
  Алюминий и его сплавы нашли свое применение и в судостроении. Из дюралюминия и других сплавов на основе алюминия выстроены корпуса быстроходных «Метеоров» и «Ракет», палубные надстройки, спасательные лодки, трапы, радарные мачты и другое судовое оборудование. 
• Применение в автомобильном и ж/д транспорте.  
  В автомобильной промышленности и ж/д транспорте алюминий и его сплавы также находят свое применение. Это тяжелые рамы грузовых авто, обшивочный материал кузова, автоцистерны. Кузова и рамы ж/д вагонов, цистерны для перевозки продуктов нефтехимической промышленности. 
  Хорошие коррозионные качества материала позволяют перевозить продукцию с агрессивной концентрацией, продлевают срок эксплуатации транспортных средств.
• Применение в быту.  
  В быту это кухонная посуда, бижутерия, фольга для выпекания и упаковки, предметы декора, садово-парковые изделия, зеркала и пр. 
  Алюминий и его сплавы нашли достойное место в современной жизни человека.

5. Нахождение в природе.

Более 90 % мировых общих запасов бокситов сосредоточено в 18 странах с тропическим или субтропическим климатом. Это не случайно, так как лучшие бокситовые месторождения приурочены к так называемым латеритным корам, образующимся в результате длительного выветривания алюмосиликатных пород в условиях жаркого влажного климата. В латеритных месторождениях лежит около 9/10 всех мировых бокситов.

Самыми большими общими запасами обладают Гвинея (20 млрд. т), Австралия (7 млрд. т), Бразилия (6 млрд. т), Вьетнам (3 млрд. т), Индия (2,5 млрд. т),Индонезия (2 млрд. т). В недрах этих шести стран заключено почти 2/3 общих запасов бокситов. Наиболее крупными подтверждёнными запасами обладают Гвинея (21 % мировых), Бразилия (15 %), Австралия (11 %), Ямайка (7 %),Камерун (6 %), Мали (4,5 %). В них сосредоточено 65 % мировых подтверждённых запасов бокситов.

В нашей стране также используются нефелиновые руды, месторождения которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской области. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции — кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент

6. Способы производства (эффективные и экологические).

Эффективный.

Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем — оксид алюминия (Al2O3). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом — скорее, он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.

Бокситы содержат 40-60% глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют процесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Заключительный этап — собственно восстановление алюминия процессом Холла-Эру. Он основан на следующем принципе: при электролизе раствора глинозема в расплавленном криолите (Na3AlF6) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит — анодами. Под раствором криолита с 3-5% глинозема осаждается расплавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 950° С, что значительно выше температуры плавления самого металла — 660° С. 
При электролизе Холла-Эру чрезвычайно быстро расходуются угольные аноды и постоянно требуется установка новых. Эту проблему можно решить с помощью возобновляемого электрода Содерберга. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты, которая набивается в открытую с обоих концов оболочку из листовой стали. Паста добавляется в верхнее отверстие по мере необходимости. Опускаясь вниз, она успевает нагреться до того, как достигнет ванны с расплавом.

 

Меньше затратный способ.

Меньшими затратами на электроэнергию и влиянием на окружающую среду характеризуется технология производства алюминия с использованием заранее обожженных анодов, которая практикуется на многих европейских и американских алюминиевых заводах. Аноды обжигают в огромных газовых печах, а затем опускают в расплав, укрепив в анододержателе. Израсходованные электроды заменяют новыми, а оставшиеся «кончики» отправляют на переработку.

В связи с повысившимися в последнее время требованиями к защите окружающей среды, на предприятиях, работающих по технологии Содерберга, серьезно встал вопрос о сокращении вредных выбросов. Сейчас его активно решают с помощью внедрения коллоидных анодов, сделанных из специальной коллоидной массы, термически устойчивой в широком диапазоне температур. По экологическим показателям этот метод сравним с технологией обожженного анода. Раз в сутки или реже металл забирают из электролизных ванн и разливают по формам.

Производство алюминия является исключительно энергоемким. Поэтому алюминиевые заводы наиболее выгодно строить в регионах, где есть свободной доступ к источникам электроэнергии.

Боксит обычно проходит ряд операций, связанных с его предварительной подготовкой. В зависимости от минералогического состава и физико-химических свойств боксита эта подготовка на отдельных заводах может выполняться различно и включать такие процессы, как обогащение, дробление (грубое и среднее), сушку и тонкое измельчение (сухой или мокрый размол).    Обычным видом обогащения боксита является его мойка проточной водой, освобождающей боксит от примесей глины, песка и т. д. Процесс этот выполняется на месте добычи боксита, т. е. на руднике. Такого рода обогащение применяется, например, по отношению гвианских бокситов, которые перед отправкой та глиноземные заводы США подвергаются мойке, дроблению и сушке. Применение мойки позволяет сильно снизить содержание в них примеси SiO2. Если до мойки гвианские бокситы содержат около 9%: SiO2, то после мойки—не более 2,0—2,5%. Выход обогащенного боксита составляет 82—84%.    Аналогичный метод обогащения дает положительные результаты также и по отношению к глинистым разновидностям южноуральских бокситов.    В большинстве случаев, однако, добываемый на рудниках бокситы (например французские, североуральские) не требуют предварительного обогащения и из рудника непосредственно направляются на извлечение глинозема.    С целью сокращения размеров кусков боксита до величины, облегчающей осуществление последующих операций (сушка, измельчение), производят его грубое (крупное) и среднее дробление.    Добытый из рудников боксит поступает иногда в кусках, достигающих 40—50 см в поперечнике. Грубым дроблением эти куски уменьшаются обычно в 5—10 раз. Из аппаратов для грубого дробления боксита наиболее распространены щековые дробилки Блека. Для среднего дробления в глиноземном производстве часто применяют конические дробилки Саймонса, позволяющие уменьшить куски боксита примерно в 30 раз.    Дробление боксита часто осуществляется также при помощи молотковых дробилок. Положительными качествами последних являются относительная простота их конструкции, удобство замены деталей и значительное измельчение материала; недостатками — необходимость дробления только хрупких материалов, неудовлетворительная обработка при дроблении влажного боксита и значительный износ молотков.